燃料電池的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供一種發(fā)電效率較高的固體氧化物燃料電池。燃料電池1包括：具有固體氧化物電解質(zhì)層(31)、第一電極(32a)、和第二電極(33a)的發(fā)電元件(30)；第一間隔物(10)；第二間隔物(50)；以及第一多孔質(zhì)體(20)。第一間隔物(10)具有配置在第一電極(32a)上的第一間隔物主體(11)、以及多個(gè)第一流路形成部(12c)。多個(gè)第一流路形成部(12c)以從第一間隔物主體(11)向第一電極(32a)一側(cè)突出的方式彼此隔開(kāi)間隔地進(jìn)行配置。多個(gè)第一流路形成部(12c)在第一間隔物主體(11)與第一電極(32a)之間劃分形成有多個(gè)第一流路(12a)。第一多孔質(zhì)體(20)配置在第一流路形成部(12c)與第一電極(32a)之間。
【專(zhuān)利說(shuō)明】燃料電池【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及燃料電池。特別是，本發(fā)明涉及固體氧化物燃料電池。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，作為新能源，燃料電池正受到越來(lái)越多的關(guān)注。燃料電池例如有固體氧化物燃料電池(SOFC:Solid Oxide Fuel Cell)、熔融碳酸鹽燃料電池、磷酸燃料電池、固體高分子燃料電池等。在這些燃料電池中，固體氧化物燃料電池并不一定需要使用液體的構(gòu)成要素，而且在使用烴類(lèi)燃料時(shí)還能夠?qū)崿F(xiàn)內(nèi)部的改性。因此，對(duì)固體氧化物燃料電池進(jìn)行了廣泛的研究開(kāi)發(fā)。
[0003]例如，在下述的專(zhuān)利文獻(xiàn)I中，揭示了圖15所示的固體氧化物燃料電池。如圖15所示，專(zhuān)利文獻(xiàn)I所記載的固體氧化物燃料電池100包括層疊的多個(gè)發(fā)電元件101。多個(gè)發(fā)電元件101分別包括固體氧化物電解質(zhì)層102。固體氧化物電解質(zhì)層102由空氣極103和燃料極104夾持。在相鄰的發(fā)電元件101之間設(shè)有間隔物105。
[0004]在間隔物105的空氣極103 —側(cè)的表面形成有沿第一方向延伸的多個(gè)溝105a。多個(gè)溝105a劃分形成氧化·劑氣體的流路。經(jīng)由這多個(gè)溝105a所劃分形成的氧化劑氣體的流路將氧化劑氣體提供給空氣極103。另一方面，在間隔物105的燃料極104 —側(cè)的表面形成有多個(gè)溝105b。這多個(gè)溝105b分別沿著與第一方向垂直的第二方向延伸。多個(gè)溝105b劃分形成燃料氣體的流路。經(jīng)由這多個(gè)溝105b所劃分形成的燃料氣體的流路將燃料氣體提供給燃料極104。
[0005]燃料電池100中，間隔物105由具有導(dǎo)電性的鉻酸鑭類(lèi)陶瓷形成。
現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
專(zhuān)利文獻(xiàn)
[0006]專(zhuān)利文獻(xiàn)1:日本專(zhuān)利特開(kāi)平11-329462號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0007]近年來(lái)，對(duì)于進(jìn)一步提高燃料電池的發(fā)電效率提出了越來(lái)越高的要求。
[0008]本發(fā)明是鑒于上述情況而完成的，其目的在于，提供發(fā)電效率高的固體氧化物燃料電池。
解決技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案
[0009]本發(fā)明所涉及的燃料電池包括發(fā)電元件、第一間隔物、第二間隔物、以及第一多孔質(zhì)體。發(fā)電元件具有固體氧化物電解質(zhì)層、第一電極、以及第二電極。第一電極配置在固體氧化物電解質(zhì)層的一個(gè)主面上。第二電極配置在固體氧化物電解質(zhì)層的另一個(gè)主面上。第一間隔物具有第一間隔物主體、以及多個(gè)第一流路形成部。第一間隔物主體配置在第一電極上。多個(gè)第一流路形成部以從第一間隔物主體向第一電極一側(cè)突出的方式彼此隔開(kāi)間隔地進(jìn)行配置。多個(gè)第一流路形成部在第一間隔物主體與第一電極之間劃分形成有多個(gè)第一流路。第二間隔物具有第二間隔物主體、以及多個(gè)第二流路形成部。第二間隔物主體配置在第二電極上。多個(gè)第二流路形成部以從第二間隔物主體向第二電極一側(cè)突出的方式彼此隔開(kāi)間隔地進(jìn)行配置。多個(gè)第二流路形成部在第二間隔物主體與第二電極之間劃分形成有多個(gè)第二流路。第一多孔質(zhì)體配置在第一流路形成部與第一電極之間。
[0010]本發(fā)明所涉及的燃料電池的某一特定方面中，第一多孔質(zhì)體設(shè)置成覆蓋第一電極的面向第一流路的部分。
[0011]本發(fā)明所涉及的燃料電池的另一特定方面中，燃料電池還包括配置在第二流路形成部與第二電極之間的第二多孔質(zhì)體。
[0012]本發(fā)明所涉及的燃料電池的又一特定方面中，第二多孔質(zhì)體設(shè)置成覆蓋第二電極的面向第二流路的部分。
[0013]本發(fā)明所涉及的燃料電池的進(jìn)一步的另一特定方面中，第一及第二多孔質(zhì)體由相同材料構(gòu)成。
[0014]本發(fā)明所涉及的燃料電池的進(jìn)一步的又一特定方面中，第一間隔物具有通孔電極，該通孔電極從第一流路形成部的與第一間隔物主體相反一側(cè)的表面起直至到達(dá)所述第一間隔物主體的與第一流路形成部相反一側(cè)的表面。第I多孔質(zhì)體由導(dǎo)電構(gòu)件構(gòu)成。
[0015]本發(fā)明所涉及的燃料電池的其他另一特定方面中，第一多孔質(zhì)體由導(dǎo)電性陶瓷構(gòu)成。
[0016]本發(fā)明所涉及的燃料電池的其他又一特定方面中，第一多孔質(zhì)體由與第一電極相同的材料構(gòu)成。
[0017]本發(fā)明所涉及的燃料電池的進(jìn)一步的其他另一特定方面中，第一間隔物具有通孔電極，該通孔電極從第一流路形成部的與第一間隔物主體相反一側(cè)的表面起直至到達(dá)所述第一間隔物主體的與第一流路形成部相反一側(cè)的表面。第一多孔質(zhì)體具有由絕緣構(gòu)件構(gòu)成的多孔質(zhì)體主體、以及形成于多孔質(zhì)體主體的內(nèi)部且將通孔電極與第一電極電連接的電極。
[0018]本發(fā)明所涉及的燃料電池的其他進(jìn)一步的另一特定方面中，多孔質(zhì)體主體由與第一流路形成部相同的材料構(gòu)成。
[0019]本發(fā)明所涉及的燃料電池的其他進(jìn)一步的又一特定方面中，多孔質(zhì)體主體由與第一間隔物主體相同的材料構(gòu)成。
[0020]本發(fā)明所涉及的燃料電池的進(jìn)一步不同的特定方面中，多孔質(zhì)體主體由與第一流路形成部及第一間隔物主體相同的材料構(gòu)成。
發(fā)明效果
[0021 ] 根據(jù)本發(fā)明，能夠提供發(fā)電效率高的固體氧化物燃料電池。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1是第一實(shí)施方式所涉及的燃料電池的簡(jiǎn)要分解立體圖。
圖2是第一實(shí)施方式中的第一間隔物主體的簡(jiǎn)要俯視圖。
圖3是第一實(shí)施方式中的第一流路形成部的簡(jiǎn)要俯視圖。
圖4是第一實(shí)施方式中的第一多孔質(zhì)體的簡(jiǎn)要俯視圖。
圖5是第一實(shí)施方式中的空氣極層的簡(jiǎn)要俯視圖。 圖6是第一實(shí)施方式中的固體氧化物電解質(zhì)層的簡(jiǎn)要俯視圖。
圖7是第一實(shí)施方式中的燃料極層的簡(jiǎn)要俯視圖。
圖8是第一實(shí)施方式中的第二多孔質(zhì)體的簡(jiǎn)要俯視圖。
圖9是第一實(shí)施方式中的第二流路形成部的簡(jiǎn)要俯視圖。
圖10是第一實(shí)施方式中的第二間隔物主體的簡(jiǎn)要俯視圖。
圖11是沿圖3的線(xiàn)X1-XI的簡(jiǎn)要剖視圖。
圖12是沿圖9的線(xiàn)XI1-XII的簡(jiǎn)要剖視圖。
圖13是第二實(shí)施方式所涉及的燃料電池的簡(jiǎn)要剖視圖。
圖14是第二實(shí)施方式所涉及的燃料電池的簡(jiǎn)要剖視圖。
圖15是專(zhuān)利文獻(xiàn)I所記載的固體氧化物燃料電池的簡(jiǎn)要分解立體圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面，對(duì)實(shí)施本發(fā)明的優(yōu)選方式的一個(gè)示例進(jìn)行說(shuō)明。然而，下述實(shí)施方式僅僅是例示。本發(fā)明不限于下述任一實(shí)施方式。
[0024]此外，在實(shí)施方式等所參照的各附圖中，以相同的標(biāo)號(hào)來(lái)參照實(shí)質(zhì)上具有相同功能的構(gòu)件。此外，實(shí)施方式等所參照的附圖是示意性描述的圖，附圖中所繪制的物體的尺寸比率等可能會(huì)與現(xiàn)實(shí)中的物體的尺寸比率等不同。附圖相互間的物體的尺寸比率等也可能不同。具體的物體的尺寸比率等應(yīng)當(dāng)參考以下的說(shuō)明來(lái)判斷。
[0025]圖1是第一實(shí)施方式所涉及的燃料電池的簡(jiǎn)要分解立體圖。圖2是第一實(shí)施方式中的第一間隔物主體的簡(jiǎn)要俯視圖。圖3是第一實(shí)施方式中的第一流路形成部的簡(jiǎn)要俯視圖。圖4是第一實(shí)施方式中的第一多孔質(zhì)體的簡(jiǎn)要俯視圖。圖5是第一實(shí)施方式中的空氣極層的簡(jiǎn)要俯視圖。圖6是第一實(shí)施方式中的固體氧化物電解質(zhì)層的簡(jiǎn)要俯視圖。圖7是第一實(shí)施方式中的燃料極層的簡(jiǎn)要俯視圖。圖8是第一實(shí)施方式中的第二多孔質(zhì)體的簡(jiǎn)要俯視圖。圖9是第一實(shí)施方式中的第二流路形成部的簡(jiǎn)要俯視圖。圖10是第一實(shí)施方式中的第二間隔物主體的簡(jiǎn)要俯視圖。圖11是沿圖3的線(xiàn)X1-XI的簡(jiǎn)要剖視圖。圖12是沿圖9的線(xiàn)XI1-XII的簡(jiǎn)要剖視圖。
[0026]如圖1、圖11及圖12所示，本實(shí)施方式的燃料電池I具有第一間隔物10、第一多孔質(zhì)體20、發(fā)電元件30、第二多孔質(zhì)體40、以及第二間隔物50。燃料電池I中，第一間隔物
10、第一多孔質(zhì)體20、發(fā)電元件30、第二多孔質(zhì)體40、以及第二間隔物50以上述順序進(jìn)行層疊。
[0027]此外，本實(shí)施方式的燃料電池I僅具有一個(gè)第一多孔質(zhì)體20、第二多孔質(zhì)體40以及發(fā)電元件30的層疊體。但本發(fā)明并不限于該結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的燃料電池例如也可具有多個(gè)第一及第二多孔質(zhì)體以及發(fā)電元件的層疊體。在這種情況下，相鄰的層疊體由間隔物隔離。
[0028](發(fā)電元件30)
發(fā)電元件30是使從氧化劑氣體流路(氧化劑氣體用歧管)61提供的氧化劑氣體和從燃料氣體流路(燃料氣體用歧管)62提供的燃料氣體發(fā)生反應(yīng)從而進(jìn)行發(fā)電的部分。這里，氧化劑氣體可由例如空氣、氧氣等含氧氣體來(lái)構(gòu)成。此外，燃料氣體可采用氫氣、一氧化碳?xì)怏w等含有烴類(lèi)氣體等的氣體。[0029](固體氧化物電解質(zhì)層31)
發(fā)電元件30包括固體氧化物電解質(zhì)層31。固體氧化物電解質(zhì)層31優(yōu)選為離子導(dǎo)電性較高。固體氧化物電解質(zhì)層31例如可以由穩(wěn)定氧化鋯、部分穩(wěn)定氧化鋯等形成。作為穩(wěn)定氧化鋯的具體示例，可舉出10mol%氧化釔穩(wěn)定氧化鋯(10YSZ)、llmol%氧化鈧穩(wěn)定氧化鋯(IIScSZ)等。作為部分穩(wěn)定氧化鋯的具體示例，可舉出3mol%氧化釔部分穩(wěn)定氧化鋯(3YSZ)等。另外，固體氧化物電解質(zhì)層31例如也可由摻入了 Sm、Gd等的氧化鈰類(lèi)氧化物形成，也可由以L(fǎng)aGaO3為母體且將La和Ga的一部分分別用Sr及Mg置換后的La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.20(3-5)等韓鈦礦型氧化物等形成。
[0030]此外，如圖6所示，固體氧化物電解質(zhì)層31中，形成有構(gòu)成流路61、62的一部分的貫通孔31a、31b。
[0031]固體氧化物電解質(zhì)層31由空氣極層32和燃料極層33夾持。即，在固體氧化物電解質(zhì)層31的一個(gè)主面上形成有空氣極層32，在另一個(gè)主面上形成有燃料極層33。
[0032](空氣極層32)
如圖5所示，空氣極層32具有空氣極32a、以及周邊部32b。周邊部32b中，形成有構(gòu)成流路61、62的一部分的貫通孔32c、32d。
[0033]空氣極32a為陰極?？諝鈽O32a中，氧捕獲電子，從而形成氧離子。空氣極32a優(yōu)選為多孔質(zhì)，即電子傳導(dǎo)性較高、且在高溫下不易與固體氧化物電解質(zhì)層31等發(fā)生固體間反應(yīng)的物質(zhì)?？諝鈽O32a例如可以由氧化鈧穩(wěn)定氧化鋯(ScSZ)、摻入了 Sn的氧化銦、PrCoO3類(lèi)氧化物、LaCoO3類(lèi)氧化物、LaMnO3類(lèi)氧化物等形成。作為L(zhǎng)aMnO3類(lèi)氧化物的具體示例，例如可舉出 Laa8Sra2MnO3 (通稱(chēng):LSM)、Laa8Sra2Coa2Fea8O3 (通稱(chēng):LSCF)、Latl 6Caa4MnO3 (通稱(chēng):LCM)等。
[0034]周邊部32b例如可由與下述的第一及第二間隔物主體11、51相同的材料形成。
[0035](燃料極層33)
如圖7所示，燃料極層33具有燃料極33a、以及周邊部33b。周邊部33b中，形成有構(gòu)成流路61、62的一部分的貫通孔33c、33d。
[0036]燃料極33a為陽(yáng)極。燃料極33a中，氧離子與燃料氣體進(jìn)行反應(yīng)從而釋放出電子。燃料極33a優(yōu)選為多孔質(zhì)，即電子傳導(dǎo)性較高、且在高溫下不易與固體氧化物電解質(zhì)層31等發(fā)生固體間反應(yīng)的物質(zhì)。燃料極33a例如可以由NiO、氧化釔穩(wěn)定氧化鋯(YSZ).鎳金屬的多孔質(zhì)金屬陶瓷、氧化鈧穩(wěn)定氧化錯(cuò)(ScSZ).鎳金屬的多孔質(zhì)金屬陶瓷等構(gòu)成。
[0037](第一間隔物10)
如圖1、圖11及圖12所示，在發(fā)電元件30的空氣極層32上，配置有第一間隔物10。該第一間隔物10具有形成用于將從氧化劑氣體流路61提供的氧化劑氣體提供給空氣極32a的流路12a的功能、以及將空氣極32a引出到燃料電池I的外部的功能。另外，在包括多個(gè)發(fā)電元件的燃料電池中，第一間隔物還兼具有將燃料氣體與氧化劑氣體分離的功能。
[0038]第一間隔物10具有第一間隔物主體11、以及由線(xiàn)狀凸部構(gòu)成的第一流路形成部
12。第一間隔物主體11配置在空氣極32a上。第一間隔物主體11中，形成有構(gòu)成流路61、62的一部分的貫通孔11a、lib。
[0039]第一流路形成部12配置在第一間隔物主體11與空氣極層32之間。第一流路形成部12具有周邊部12b、以及多個(gè)流路形成部12c。周邊部12b中，形成有構(gòu)成燃料氣體流路62的一部分的貫通孔12d。
[0040]多個(gè)流路形成部12c分別設(shè)置為使得從第一間隔物主體11的空氣極層32 —側(cè)的表面向空氣極層32—側(cè)突出。多個(gè)流路形成部12c分別沿著X方向呈直線(xiàn)狀設(shè)置。多個(gè)流路形成部12c沿著y方向彼此隔開(kāi)間隔地進(jìn)行配置。在相鄰的流路形成部12c之間、以及流路形成部12c與周邊部12b之間，劃分形成有上述流路12a。
[0041]第一間隔物主體11及第一流路形成部12的材料并無(wú)特別限定。第一間隔物主體11及第一流路形成部12分別可由例如穩(wěn)定氧化鋯、部分穩(wěn)定氧化鋯等形成。另外，第一間隔物主體11及第一流路形成部12分別也可由例如添加了稀土金屬的鉻酸鑭、鈦酸鍶等導(dǎo)電性陶瓷；氧化鋁、硅酸氧化鋯等絕緣性陶瓷等形成。
[0042]多個(gè)流路形成部12c中分別埋設(shè)有多個(gè)通孔電極12cl。多個(gè)通孔電極12cl形成為在z方向上貫通多個(gè)流路形成部12c。另外，第一間隔物主體11中，與多個(gè)通孔電極12cl的位置相對(duì)應(yīng)地形成有多個(gè)通孔電極11c。多個(gè)通孔電極Ilc形成為貫通第一間隔物主體
11。利用這些多個(gè)通孔電極Ilc及多個(gè)通孔電極12cl，從而構(gòu)成從流路形成部12c的與第一間隔物主體11相反一側(cè)的表面起直至到達(dá)第一間隔物主體11的與流路形成部12c相反一側(cè)的表面的多個(gè)通孔電極。
[0043]通孔電極Ilc及通孔電極12cl的材質(zhì)并無(wú)特別限定。通孔電極Ilc及通孔電極12cl分別可由例如Ag-Pd合金、Ag-Pt合金、添加了堿土金屬的鉻酸鑭(LaCrO3)、鐵酸鑭(LaFeO3)、猛酸銀鑭(LSM:Lanthanum Strontium Manganite)等形成。
[0044](第二間隔物50)
在發(fā)電元件30的燃料極層33上，配置有第二間隔物50。該第二間隔物50具有形成用于將從燃料氣體流路62提供的燃料氣體提供給燃料極33a的流路52a的功能、以及將燃料極33a引出到燃料電池I的外部的功能。
另外，在包括多個(gè)發(fā)電元件的燃料電池中，第二間隔物還兼具有將燃料氣體與氧化劑氣體分離的功能。
[0045]第二間隔物50具有第二間隔物主體51、以及由線(xiàn)狀凸部構(gòu)成的第二流路形成部52。第二間隔物主體51配置在燃料極33a上。第二間隔物主體51中，形成有構(gòu)成流路61、62的一部分的貫通孔51a、51b。
[0046]第二流路形成部52配置在第二間隔物主體51與燃料極層33之間。第二流路形成部52具有周邊部52b、以及多個(gè)流路形成部52c。周邊部52b中，形成有構(gòu)成燃料氣體流路62的一部分的貫通孔52d。
[0047]多個(gè)流路形成部52c分別設(shè)置成從第二間隔物主體51的燃料極層33 —側(cè)的表面向燃料極層33 —側(cè)突出。多個(gè)流路形成部52c分別沿著與流路形成部12c的延伸方向垂直的y方向呈直線(xiàn)狀設(shè)置。多個(gè)流路形成部52c沿著X方向彼此隔開(kāi)間隔地進(jìn)行配置。在相鄰的流路形成部52c之間、以及流路形成部52c與周邊部52b之間，劃分形成有上述流路52a。因此，流路52a的延伸方向與流路12a的延伸方向正交。
[0048]第二間隔物主體51及第二流路形成部52的材料并無(wú)特別限定。第二間隔物主體51及第二流路形成部52分別可由例如穩(wěn)定氧化鋯、部分穩(wěn)定氧化鋯等形成。另外，第二間隔物主體51及第二流路形成部52分別也可由例如添加了稀土金屬的鉻酸鑭、鈦酸鍶等導(dǎo)電性陶瓷；氧化鋁、硅酸氧化鋯等絕緣性陶瓷等形成。[0049]多個(gè)流路形成部52c中，分別埋設(shè)有多個(gè)通孔電極52cl。多個(gè)通孔電極52cl形成為在z方向上貫通多個(gè)流路形成部52c。另外，第二間隔物主體51中，與多個(gè)通孔電極52cl的位置相對(duì)應(yīng)地形成有多個(gè)通孔電極51c。多個(gè)通孔電極51c形成為貫通第二間隔物主體51。利用這些多個(gè)通孔電極51c及多個(gè)通孔電極52cl，從而構(gòu)成從流路形成部52c的與第二間隔物主體51相反一側(cè)的表面起直至到達(dá)第二間隔物主體51的與流路形成部52c相反一側(cè)的表面的多個(gè)通孔電極。
[0050]通孔電極51c及通孔電極52cl的材質(zhì)并無(wú)特別限定。通孔電極51c及通孔電極52cl分別可由例如Ag-Pd合金、Ag-Pt合金、鎳金屬、氧化乾穩(wěn)定氧化錯(cuò)(YSZ).鎳金屬、氧化鈧穩(wěn)定氧化錯(cuò)(ScSZ).鎳金屬等形成。
[0051](第一多孔質(zhì)體20及第二多孔質(zhì)體40)
在第一流路形成部12c與空氣極32a之間，配置有第一多孔質(zhì)體20。第一多孔質(zhì)體20形成為覆蓋空氣極32a的面向流路12a的部分。具體而言,本實(shí)施方式中，第一多孔質(zhì)體20形成為實(shí)質(zhì)上覆蓋整個(gè)空氣極32a。
[0052]另一方面，在第二流路形成部52c與燃料極33a之間，配置有第二多孔質(zhì)體40。第二多孔質(zhì)體40形成為覆蓋燃料極33a的面向流路52a的部分。具體而言，本實(shí)施方式中，第二多孔質(zhì)體40形成為實(shí)質(zhì)上覆蓋整個(gè)燃料極33a。
[0053]此外，本發(fā)明中，第一多孔質(zhì)體只要配置在第一流路形成部與空氣極之間即可。例如，第一多孔質(zhì)體也可僅配置在第一流路形成部與空氣極之間。另外，第二多孔質(zhì)體只要配置在第二流路形成部與燃料極之間即可。例如，第二多孔質(zhì)體也可僅配置在第二流路形成部與燃料極之間。
[0054]第一及第二多孔質(zhì)體20、40分別形成有構(gòu)成流路61、62的一部分的貫通孔20a、20b、40a、40b。
[0055]本實(shí)施方式中，第一及第二多孔質(zhì)體20、40分別具有連續(xù)氣泡。第一及第二多孔質(zhì)體20、40各自的氣孔率優(yōu)選為5%?70%，進(jìn)一步優(yōu)選為15%?60%。另外，第一及第二多孔質(zhì)體20、40各自的厚度既可相同，也可不同。根據(jù)構(gòu)成電極、間隔物、多孔質(zhì)體的材料，并考慮燃料電池的要求特性，可任意地進(jìn)行設(shè)定。
[0056]第一及第二多孔質(zhì)體20、40各自的材質(zhì)并無(wú)特別限定。本實(shí)施方式中，第一及第二多孔質(zhì)體20、40分別由導(dǎo)電構(gòu)件構(gòu)成。因此，空氣極32a經(jīng)由第一多孔質(zhì)體20與通孔電極12cl、llc電連接。燃料極33a經(jīng)由第二多孔質(zhì)體40與通孔電極52cl、51c電連接。
[0057]第一多孔質(zhì)體20可由導(dǎo)電性陶瓷、與空氣極32a相同的材料等構(gòu)成。第二多孔質(zhì)體40可由導(dǎo)電性陶瓷、與燃料極33a相同的材料等構(gòu)成。作為導(dǎo)電性陶瓷，可利用添加了稀土金屬的鉻酸鑭、鈦酸化合物等來(lái)成形。
[0058]專(zhuān)利文獻(xiàn)I所記載的燃料電池100中，氧化劑氣體、燃料氣體經(jīng)由多個(gè)溝105a、105b提供給空氣極103、燃料極104。因此，氧化劑氣體、燃料氣體提供到空氣極103、燃料極104中面向溝105a、105b的部分。然而，氧化劑氣體、燃料氣體實(shí)質(zhì)上并未提供到空氣極103、燃料極104中與間隔物105相接觸的部分。因此，空氣極103、燃料極104中與間隔物105相接觸的部分對(duì)于發(fā)電的貢獻(xiàn)較小。
[0059]與此不同的是，本實(shí)施方式中，在空氣極32a與第一流路形成部12c之間配置有第一多孔質(zhì)體20。因此,來(lái)自流路12a的氧化劑氣體在第一多孔質(zhì)體20內(nèi)朝向z方向擴(kuò)散的同時(shí)，還朝向X方向及y方向擴(kuò)散。其結(jié)果是，氧化劑氣體不僅提供到空氣極32a的位于流路12a下方的部分，而且還提供到位于第一流路形成部12c下方的部分。
[0060]另外，本實(shí)施方式中，在燃料極33a與第二流路形成部52c之間配置有第二多孔質(zhì)體40。因此，來(lái)自流路52a的燃料氣體在第二多孔質(zhì)體40內(nèi)朝向z方向擴(kuò)散的同時(shí)，還朝向X方向及y方向擴(kuò)散。其結(jié)果是，燃料氣體不僅提供到燃料極33a的位于流路52a下方的部分，而且還提供到位于第二流路形成部52c下方的部分。
[0061]因此，本實(shí)施方式中，空氣極32a及燃料極33a的位于流路形成部12c、52c下方的部分對(duì)于發(fā)電的貢獻(xiàn)較大。即，實(shí)質(zhì)上整個(gè)空氣極32a及燃料極33a對(duì)于發(fā)電都有較大的貢獻(xiàn)。因而，能夠?qū)崿F(xiàn)較高的發(fā)電效率。
[0062]另外，本實(shí)施方式中，第一多孔質(zhì)體20設(shè)置為覆蓋空氣極32a的面向流路12a的部分。因此，與第一多孔質(zhì)體20僅設(shè)置在空氣極32a與第一流路形成部12c之間的情況相t匕，能夠?qū)⒀趸瘎怏w更高效地提供到空氣極32a的位于第一流路形成部12c下方的部分。另外，第二多孔質(zhì)體40設(shè)置為覆蓋燃料極33a的面向流路52a的部分。因此，與第二多孔質(zhì)體40僅設(shè)置在燃料極33a與第二流路形成部52c之間的情況相比，能夠?qū)⑷剂蠚怏w更高效地提供到燃料極33a的位于第二流路形成部52c下方的部分。因而，能夠?qū)崿F(xiàn)更高的發(fā)電效率。
[0063]另外，本實(shí)施方式中，將多孔質(zhì)體20、40設(shè)置成覆蓋空氣極32a、燃料極33a的面向流路12a、52a的部分。S卩，多孔質(zhì)體20、40呈面狀設(shè)置。因此，例如，與多孔質(zhì)體20、40呈條狀地僅設(shè)置于流路形成部12c、52c的下方的情況相比，能夠提高發(fā)電元件30的剛性。因而，能夠抑制發(fā)電元件30發(fā)生翹曲等變形。因而，能夠提高燃料電池I的長(zhǎng)期可靠性。
[0064]特別是，本實(shí)施方式中，由于空氣極32a、燃料極33a的表面與第一或第二多孔質(zhì)體20、40進(jìn)行燒結(jié)，因此空氣極32a、燃料極33a更不易發(fā)生變形。因而，能夠更有效地提高燃料電池I的長(zhǎng)期可靠性。
[0065]另外，能夠使固體氧化物電解質(zhì)層31較薄而不用大幅降低發(fā)電元件30的剛性。因而，能夠進(jìn)一步提聞發(fā)電效率。特別是，能夠進(jìn)一步提聞初始發(fā)電效率。
[0066]從更有效地抑制發(fā)電元件30的翹曲的角度出發(fā)，優(yōu)選為第一多孔質(zhì)體20和第二多孔質(zhì)體40由相同材料構(gòu)成。另外,從提高發(fā)電部20的剛性的角度出發(fā)，優(yōu)選為發(fā)電部20的材料的燒成收縮率比發(fā)電部30的燒成收縮率大，且發(fā)電部20的材料的線(xiàn)性熱膨脹系數(shù)比發(fā)電部30的燒成收縮率小。由此，對(duì)發(fā)電部20施加壓縮應(yīng)力，組合性提高。
[0067]這里，“由相同材料構(gòu)成”是指主成分相同，但并不一定限定于將雜質(zhì)也包括在內(nèi)的完全一致。
[0068]此外，本實(shí)施方式中，說(shuō)明了設(shè)有第一及第二多孔質(zhì)體20、40這兩者的示例。但是，本發(fā)明并不局限于該結(jié)構(gòu)。本發(fā)明中，也可例如僅設(shè)有第一及第二多孔質(zhì)體中的一個(gè)。
[0069]下面，對(duì)實(shí)施本發(fā)明的優(yōu)選方式的另一個(gè)示例進(jìn)行說(shuō)明。以下的說(shuō)明中，用相同的標(biāo)號(hào)來(lái)參照與上述第一實(shí)施方式實(shí)質(zhì)上相同的功能，并省略說(shuō)明。
[0070](第二實(shí)施方式)
圖13是第二實(shí)施方式所涉及的燃料電池的簡(jiǎn)要剖視圖。圖14是第二實(shí)施方式所涉及的燃料電池的簡(jiǎn)要剖視圖。
[0071]圖13及圖14所示的本實(shí)施方式的燃料電池2除了第一及第二多孔質(zhì)體20、40的結(jié)構(gòu)以外，具有與上述第一實(shí)施方式的燃料電池I實(shí)質(zhì)上相同的結(jié)構(gòu)。因此，這里，對(duì)本實(shí)施方式中的第一及第二多孔質(zhì)體20、40的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明，對(duì)于其他的結(jié)構(gòu)，將引用第一實(shí)施方式的記載。
[0072]本實(shí)施方式中，第一多孔質(zhì)體20具有多孔質(zhì)體主體20c、以及多個(gè)通孔電極20d。多孔質(zhì)體主體20c由絕緣構(gòu)件構(gòu)成。本實(shí)施方式中，多孔質(zhì)體主體20c由與第一流路形成部12c相同的材料構(gòu)成。
[0073]多個(gè)通孔電極20d形成于多孔質(zhì)體主體20c內(nèi)。多個(gè)通孔電極20d分別貫通多孔質(zhì)體主體20c。多個(gè)通孔電極20d設(shè)置于與通孔電極12cl的位置相對(duì)應(yīng)的位置。利用這多個(gè)通孔電極20d將空氣極32a與通孔電極12cl電連接。本實(shí)施方式中，多個(gè)通孔電極20d由與通孔電極12c I相同的材料構(gòu)成。
[0074]第二多孔質(zhì)體40具有多孔質(zhì)體主體40c、以及多個(gè)通孔電極40d。多孔質(zhì)體主體40c由絕緣構(gòu)件構(gòu)成。本實(shí)施方式中，多孔質(zhì)體主體40c由與第二流路形成部52c相同的材料構(gòu)成。
[0075]多個(gè)通孔電極40d形成于多孔質(zhì)體主體40c內(nèi)。多個(gè)通孔電極40d分別貫通多孔質(zhì)體主體40c。多個(gè)通孔電極40d設(shè)置于與通孔電極52cl的位置相對(duì)應(yīng)的位置。利用這多個(gè)通孔電極40d將燃料極33a與通孔電極52c I電連接。本實(shí)施方式中，多個(gè)通孔電極40d由與通孔電極52c I相同的材料構(gòu)成。
[0076]本實(shí)施方式中，也與上述第一實(shí)施方式相同，能夠?qū)崿F(xiàn)較高的發(fā)電效率。另外，能夠抑制發(fā)電元件30的翹曲。 標(biāo)號(hào)說(shuō)明
[0077]1、2…燃料電池 10…第一間隔物
11…第一間隔物主體
11a、Ilb…貫通孔
Ilc…通孔電極
12…第一流路形成部
12a…第一流路
12b…周邊部
12c…第一流路形成部
12cl…通孔電極
12cl...貫通孔
20…第一多孔質(zhì)體
20a、20b、40a、40b …貫通孔
20c…多孔質(zhì)體主體
20d…通孔電極
30...發(fā)電兀件
31…固體氧化物電解質(zhì)層
31a、31b…貫通孔
32…空氣極層32a…空氣極32b…周邊部32c、32d…貫通孔33…燃料極層33a…燃料極33b…周邊部33c、33d…貫通孔40…第二多孔質(zhì)體40c…多孔質(zhì)體主體40d…通孔電極50…第二間隔物
51…第二間隔物主體51a、51b…貫通孔51c…通孔電極52…第二流路形成部52a…第二流路52b…周邊部52c…第二流路形成部52cl…通孔電極52d…貫通孔61…氧化劑氣體流路62…燃料氣體 流路
【權(quán)利要求】
1.一種燃料電池，包括: 具有固體氧化物電解質(zhì)層、配置在所述固體氧化物電解質(zhì)層的一個(gè)主面上的第一電極、和配置在所述固體氧化物電解質(zhì)層的另一個(gè)主面上的第二電極的發(fā)電元件； 第一間隔物，該第一間隔物具有配置在所述第一電極上的第一間隔物主體、和多個(gè)第一流路形成部，該多個(gè)第一流路形成部以從所述第一間隔物主體向所述第一電極一側(cè)突出的方式彼此隔開(kāi)間隔地進(jìn)行配置，且在所述第一間隔物主體與所述第一電極之間劃分形成有多個(gè)第一流路； 第二間隔物，該第二間隔物具有配置在所述第二電極上的第二間隔物主體、和多個(gè)第二流路形成部，該多個(gè)第二流路形成部以從所述第二間隔物主體向所述第二電極一側(cè)突出的方式彼此隔開(kāi)間隔地進(jìn)行配置，且在所述第二間隔物主體與所述第二電極之間劃分形成有多個(gè)第二流路；以及 第一多孔質(zhì)體，該第一多孔質(zhì)體配置在所述第一流路形成部與所述第一電極之間。
2.如權(quán)利要求1所述的燃料電池，其特征在于， 所述第一多孔質(zhì)體設(shè)置成覆蓋所述第一電極的面向所述第一流路的部分。
3.如權(quán)利要求1或2所述的燃料電池，其特征在于， 還包括第二多孔質(zhì)體，該第二多孔質(zhì)體配置在所述第二流路形成部與所述第二電極之間。
4.如權(quán)利要求3所述的燃料電池，其特征在于， 所述第二多孔質(zhì)體設(shè) 置成覆蓋所述第二電極的面向所述第二流路的部分。
5.如權(quán)利要求3或4所述的燃料電池，其特征在于， 所述第一及第二多孔質(zhì)體由相同材料構(gòu)成。
6.如權(quán)利要求1至5中的任一項(xiàng)所述的燃料電池，其特征在于， 所述第一間隔物具有通孔電極，該通孔電極從所述第一流路形成部的與所述第一間隔物主體相反一側(cè)的表面起直至到達(dá)所述第一間隔物主體的與所述第一流路形成部相反一側(cè)的表面， 所述第一多孔質(zhì)體由導(dǎo)電構(gòu)件構(gòu)成。
7.如權(quán)利要求6所述的燃料電池，其特征在于， 所述第一多孔質(zhì)體由導(dǎo)電性陶瓷構(gòu)成。
8.如權(quán)利要求6或7所述的燃料電池，其特征在于， 所述第一多孔質(zhì)體由與所述第一電極相同的材料構(gòu)成。
9.如權(quán)利要求1至5中的任一項(xiàng)所述的燃料電池，其特征在于， 所述第一間隔物具有通孔電極，該通孔電極從所述第一流路形成部的與所述第一間隔物主體相反一側(cè)的表面起直至到達(dá)所述第一間隔物主體的與所述第一流路形成部相反一側(cè)的表面， 所述第一多孔質(zhì)體具有由絕緣構(gòu)件構(gòu)成的多孔質(zhì)體主體、以及形成于所述多孔質(zhì)體主體的內(nèi)部且將所述通孔電極與所述第一電極電連接的電極。
10.如權(quán)利要求9所述的燃料電池，其特征在于， 所述多孔質(zhì)體主體由與所述第一流路形成部相同的材料構(gòu)成。
11.如權(quán)利要求9所述的燃料電池，其特征在于，所述多孔質(zhì)體主體由與所述第一間隔物主體相同的材料構(gòu)成。
12.如權(quán)利要求11所述的燃料電池，其特征在于，所述多孔質(zhì)體主體、所述第 一流路形成部及所述第一間隔物主體由相同的材料構(gòu)成。
【文檔編號(hào)】H01M4/86GK103443979SQ201280014947
【公開(kāi)日】2013年12月11日 申請(qǐng)日期:2012年3月23日 優(yōu)先權(quán)日:2011年3月25日
【發(fā)明者】橫倉(cāng)修 申請(qǐng)人:株式會(huì)社村田制作所